DK165683B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af hvide cementklinker - Google Patents

Description

i

DK 165683B

Nærværende opfindelse vedrører en fremgangsmåde til frem-5 stilling af hvide cementklinker og et apparat til brug ved udøvelse af fremgangsmåden.

Ved produktion af hvide cementklinker forlanges ikke alene styrke af det endelige produkt, men også en høj grad af 10 hvidhed. For at forbedre hvidheden skal råmaterialet åbenbart indeholde så lidt jern og mangan som muligt; endvidere er det nødvendigt at afkøle klinkerne hurtigt, efter at de er brændt i en reducerende atmosfære, eller først er brændt i en iltende atmosfære og derefter er gjort til genstand 15 for en reduktionsproces ved indsprøjtning af brændstof, som for eksempel heavy fuel oil. Det er velkendt for fagområdet, at hurtig nedkøling af klinkerne til temperaturer under 700° C skal gennemføres under forhold, hvor klinkerne forhindres i kontakt med luften, da klinkerne ellers ville 20 blive geniltet af iltindhold i luften.

Hidtil anvendes roterovne til at producere hvide cementklinker. Klinker, der udlosses fra en roterovn, neddykkes i vand for at afkøle klinkerne, samtidig med at de hindres i 25 kontakt med atmosfæren. Eftersom klinker, der er brændt i roterovne, har et bredt spektrum af partikelstørrelser, kan klinkerne ikke afkøles ensartet. Hvis klinker i grove partikler neddykkes i vand i lang tid for at blive afkølet til temperaturer under 700° C, er det nødvendigt med meget 30 vand, og klinker i fine partikler bliver overkølet. Yderligere falder klinkernes gennemsnitstemperatur så meget, at varmeindholdet i klinkerne ikke kan anvendes til at forvarme forbrændingsluften. Når klinkerne tages op af vandet, vil vandet adhærere til klinkerne, så der opstår det pro-35 biem, at cementens styrke forringes. Yderligere frembringes 2

DK 165683B

en stor mængde damp på grund af varmeudvekslingen mellem vandet og de meget varme klinker, så roterovnens varmeforbrug forøges. På den anden side, hvis vandmængden formindskes, bliver klinker i småpartikler tilfredsstillende af-5 kølet, men klinker i grovere partikler bliver ikke tilfredsstillende kølet, så klinkerne, når de kommer i kontakt med atmosfæren, igen bliver iltet, og som følge deraf forringes deres hvidhed. For at løse disse ovennævnte problemer skal klinkerne brændes, så de får en ensartet parti-10 kelstørrelse, men dette er umuligt, når klinkerne brændes i en roterovn. Ifølge en tidligere fremgangsmåde, som kendes fra JP patentansøgning nr. 26057/1983, aflades klinker i fine partikler fra en ovn gennem en ringformet afgangsåbning placeret i en afstand fra ovnens afgangsende svarende 15 i det væsentlige til ovnens radius, og bringes til at falde ned på en øvre del af en transportør, der hælder i en vinkel i et vandkammer. Klinker i grove partikler fra ovnens afgangsende sorteres eller klassificeres af et sold, så grovere partikelstørrelser falder længere nede på transpor-20 tøren end finere partikelstørrelser. Med andre ord, den tid, i hvilken klinker i fine partikler er neddykket i vand, er kortere, medens jo større klinkernes partikelstørrelse er, jo længere er klinkerne neddykket i vand, så klinkerne bliver ensartet kølet. Imidlertid kan klinkepar-25 tiklerne ikke sorteres eller klassificeres tilfredsstil lende af afgangsåbningen og sorterings- eller klassificeringssoldet, og der er således meget at forbedre.

Nærværende opfindelse har til formål at løse det problem, 30 at de kendte fremgangsmåder ikke kan afkøle klinkerne ensartet, fordi brændte klinker har et bredt spektrum af partikelstørrelser, idet der også skal løses de problemer, at ovnens varmeforbrug forøges, og at hvidheden forringes, hvorhos der ved brændingen også skal kunne opnås relativt 35 fine klinkepartikler med et snævert partikelstørrelses-

DK 165683 B

3 spektrum.

Dette formål opnås ved en fremgangsmåde til fremstilling af hvide cementklinker, hvilken fremgangsmåde ifølge opfin-5 delsen er særegen ved at bestå af følgende faser, at indføre råmaterialepartikler til hvid cement i en brændingsovn med fluidiseret forbrændingszone og brænde dem til klinke-partikler, at reducere de brændte klinkepartikler i et reduktionskammer med reducerende gas, at indføre de nævnte 10 således reducerede klinkepartikler i et primært kølekammer, så de afkøles til 600-700° C, medens de er isoleret fra den omgivende atmosfære, og at indføre de således afkølede klinker i et sekundært kølekammer for at afkøle dem yderligere med luft.

15

For at opnå dette formål er apparatet til brug ved udøvelse af fremgangsmåden særegent ved at bestå af en brændingsovn med fluidiseret forbrændingszone til at brænde råmaterialepartikler til hvid cement til klinkepartikler, et reduk-20 tionskammer under nævnte brændingsovn til at reducere klin-kepartiklerne fra brændingsovnen, et stråleinjektionsrør som forbindelse mellem toppen af nævnte reduktionskammer og bunden af brændingsovnen, et primært kølekammer forbundet med reduktionskammeret til afkøling af klinkepartiklerne 25 fra dette reduktionskammer ved sprøjtning af vand, og et sekundært kølekammer forbundet med det primære kølekammer gennem midler til indføring af en forudbestemt mængde klinkepartikler, for yderligere afkøling af de afkølede klinkepartikler fra det primære kølekammer med luft.

30

De uselvstændige genstandskrav angiver hensigtsmæssige udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen.

Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen skal forkla-35 res nærmere i det følgende ved hjælp af tegningen, der vi- 4

DK 165683B

ser et skematisk billede af et apparat til at udføre produktion af hvide cementklinker i overensstemmelse med opfindelsen.

5 Tegningen viser et apparat til at gennemføre fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse. Henvisningsnummeret 1 betegner en brændingsovn med fluidiseret forbrændingszone til at brænde råmaterialepulver til hvidt cement til klinker; 2 er et reduktionskammer, i hvilket klinker, som er brændt i 10 brændingsovnen 1, kan udsættes for en reduktionsproces; 3 er et stråleinjektionsrør, der danner forbindelse mellem toppen af reduktionskammeret 2 og bunden af brændingsovnen 1, hvorved en reducerende gas, der kan frembringes i reduktionskammeret 2, kan tvinges op og ind i brændingsovnen 1 15 som en stråle af reducerende gas; 4 er et primært kølekammer, hvori der kan indsprøjtes vand for at køle reducerede klinker, der kommer med høj temperatur fra reduktionskammeret 2; 5 er et faldrør, der danner forbindelse mellem bunden af reduktionskammeret 2 og det primære kølekammer 4; 6 20 er et sekundært kølekammer, hvor afkølede klinker fra det primære kølekammer 4 atter afkøles med luft; 7 er en indretning, for eksempel en roterbar transportør, anbragt mellem kølekammrene 4 og 6 for at kunne levere en forudbestemt mængde klinker; 8 er et tilførselsrør for råmateria-25 ler; 9 er brændere i brændingsovnen 1; 10 er et afgangsrør for forbrændingsgas, hvis øverste ende ikke er vist; 11 er en brænder i reduktionskammeret 2; 12 er en blæser til tilførsel af luft til delvis forbrænding til reduktionskammeret 2; 13 og 14 er indretninger, for eksempel dyser, til 30 indsprøjtning af primær-kølevand; 15 er et dampudiadnings-rør til udladning af dampe, som kommer fra vandindsprøjtningen, til det udvendige af produktionsapparatet; 16 er en blæser til at levere køleluft til det sekundære kølekammer 6; 17 og 18 er gasafgangsrør, som strækker sig fra det se-35 kundære kølekammer 6, idet den øverste ende af gasafgangs-

DK 165683B

5 røret 17 er forbundet med brændingsovnen 1, medens den øverste ende af gasafgangsrøret 18 er forbundet med en cal-cineringsovn eller -kammer, som ikke er vist; og 19 og 20 er spjæld til at regulere strømningshastigheden af gasser-5 ne, der afgives gennem gasafgangsrørene henholdsvis 17 og 18.

Herefter beskrives virkningsmåden for apparatet med den ovenfor beskrevne konstruktion.

10

Pulverformet råmateriale til hvidt cement, som er blevet calcineret i den oven for anførte ikke viste calcinerings-ovn, tilføres gennem råmaterialetilførselsrøret 8 i et tykt lag 22 til brændingsovnen 1 med fluidiseret forbrændings-15 zone. I almindelighed indeholder cementråmaterialepulver en passende mængde klinke-kim, som bliver kim for klinkepar-tikler. De tilførte partikler falder ned i det tætte lag 22, i hvilket gassens strømningshastighed er højere end den minimumsfluidiseringshastighed, ved hvilken råmateria-20 lepartikler bliver fluidiseret. Som følge deraf forbliver råmaterialepartiklerne i en fluidiseret tilstand i det tætte lag 22 og danner således en tæt fluidiseret forbrændingszone. I den fluidiserede zone er gassens strømningshastighed højere i midten end i periferien, så der dannes 25 en tudformet forbrændingszone. Råmaterialepartiklerne blæses opad i midten af gasstrømmen, som blæser opad, medens råmaterialepartiklerne falder ned langs periferien. Således cirkuleres råmaterialepartiklerne.

30 Kim-klinkepartikler er større i partikelstørrelse end råmaterialepartiklerne, så de passerer gennem det tykke lag 22 og når et tyndt lag 23, medens de får kontakt med råmaterialepartikler.

35 På samme måde som det tykke lag 22 danner det tynde lag 23 6

DK 165683B

en tudformet forbrændingszone, · men gassens strømningshastighed i det tynde lag 23 er højere end i det tykke lag 22, så kim-klinkepartikler blæses opad af gasstrømmen, som blæses opad i midten, ind i det tykke lag 22. I det tykke 5 lag 22 kommer kim-klinkepartiklerne i kontakt med råmaterialepartikler og vender tilbage til det tynde lag 23. I brændingsovnen 1 med den fluidiserede forbrændingszone brændes brændstoffet, som indsprøjtes gemmem dyserne 9, med luften, der indføres gennem gasafgangsrøret 17, som stræk-10 ker sig fra det sekundære kølekammer 6, så både det tykke 22 og det tynde lag 23 konstant holdes på en temperatur på omkring 1400° C, så råmaterialepartiklerne, medens de cirkuleres mellem det tynde 23 og det tykke lag 22, bliver til klinkepartikler omkring klinke-kim, og gradvis vokser til 15 partikler på 3-5 mm i diameter. Klinkepartikler, der er vokset således, ender med at have en sluthastighed større end hastigheden af den reducerende gas, der indblæses gennem stråleinjektionsrøret 3 fra reduktionskammeret 2 op og ind i ovnen 1, så de falder gennem stråleinjektionsrøret 3.

20 Klinkepartikler i ønsket partikelstørrelse kan opnås ved at regulere strømningshastigheden for den reducerende gas, der strømmer gennem stråleinjektionsrøret 3.

Medens klinkepartiklerne falder gennem stråleinjektionsrø-25 ret 3, bliver de genstand for reduktion af reduktionsgassen og falder ned i reduktionskammeret 2. Reduktionskammeret 2 har en cylindrisk øverste del og en konisk nederste del og en indre cylinder 24, som er større i diameter end stråleinjektionsrøret 3. Brænderen 11 strækker sig gennem toppen 30 af reduktionskammeret 2. Blæseren 12 blæser luft ind i reduktionskammeret 2 i en mængde, som ikke er tilstrækkelig til fuldstændig forbrænding af det brændstof, der indsprøjtes gennem dysen eller brænderen 11, hvilket resulterer i en ufuldstændig forbrænding. Derfor frembringes reducerende 35 gas, som blæses gennem stråleinjektionsrøret 3 og den ind-

DK 165683B

7 vendige cylinder 24 og ind i brændingsovnen 1. Niveauet for klinkelaget i reduktionskammeret 2 holdes mellem den øverste og nederste ende af cylinderen 24 ved at regulere den .mængde klinker, som tvinges gennem faldrøret 5 5 ind i det primære kølekammer 4, så strømningshastigheden for gassen, der strømmer gennem det indre af cylinderen 24, bliver lig med den minimumsfluidiseringshastighed, ved hvilken klinkepartikler af den som mål satte partikelstørrelse starter med at blive fluidiseret. Følgelig fluidise-10 res klinkepartiklerne af den reducerende gas inden i cylinderen 24 og reduceres derfor. Klinkepartikler, hvis partikelstørrelse er mindre end den som mål satte størrelse, og råmaterialepartikler, som har hængt ved klinkepartiklerne og er blevet skilt fra dem på grund af kraftige sammenstød 15 mellem klinkepartiklerne, blæses opad og tages med af den reducerende gas ind i den fluidiserede forbrændingszone i brændingsovnen 1. Derfor klassificeres klinkepartiklerne af den reducerende gas i den nederste del af brændingsovnen 1 og reduktionskammeret 2, så relativt fine klinkepartikler, 20 hvis partikelstørrelsesspektrum er relativt snævert, kan opnås. Disse klinkepartikler bringes i fluidiseret tilstand i kontakt med den reducerende gas, så de bliver ensartet reduceret. I denne udformning frembringes den reducerende gas i reduktionskammeret 2, men det skal nævnes, at der 25 kan anvendes en separat ovn, som frembringer reducerende gas, så den reducerende gas frembragt i denne ovn blæses ind i reduktionskammeret 2.

Klinkepartiklerne, som er blevet reduceret i reduktionskam-30 meret 2, fylder faldrøret 5 og falder gradvis. De tvinges til at udlades ind i det primære kølekammer 4 af trykket af kølevand, der sprøjtes ind gennem vandindsprøjtningsindretningen 13, medens de også køles af vandet, der sprøjtes ind gennem vandindsprøjtningsindretningen 14. Det skal næv-35 nes, at en eller anden roterende eller hen- og tilbagegå-

DK 165683B

8 ende mekanisme kan anvendes til tvangsmæssigt at føre klin-kepartiklerne fra faldrøret 5 ind i det primære kølekammer 4.

5 I det primære kølekammer 4 er fordelingsspektret af partikelstørrelser overordentlig snævert, og klinkepartiklerne har relativt fine partikelstørrelser, så de kan afkøles ensformigt. Det indsprøjtede vand fordampes omgående til overhedet damp med høj temperatur, som fylder det primære 10 kølekammer 4. Som følge heraf isoleres klinkepartiklerne fra den omgivende atmosfære, så de forhindres i kontakt med luften og i at blive iltet. Trykket i det primære kølekammer bliver højt, så dampen udlades gennem dampafgangsrøret 15 til det udvendige af apparatet. For at forhindre den re-15 ducerende gas, som frembringes i reduktionskammeret 2, i at strømme gennem faldrøret 5 ind i det primære kølekammer .4, reguleres den mængde damp, der udlades, så trykket i det primære kølekammer 4 afbalanceres med trykket i reduktionskammeret 2.

20 I det primære kølekammer 4 indsprøjtes vand, så klinkepartiklerne fra meget høj temperatur hurtigt afkøles til 600-700° C. Klinkepartiklerne, der således er afkølet, udlades af den roterende transportør 7 ind i det sekundære kølekam-25 mer 6. Luft blæses af blæseren 16 ind i det sekundære køle-kammer 6, så klinkepartiklerne yderligere afkøles til 100-150° C, og derefter udlades gennem en klinkeafgangsåbning 25. Som beskrevet ovenfor er klinkepartiklerne allerede afkølet til ca. 600-700° C, før de udlades ind i det sekun-30 dære kølekammer 6, så de også er beskyttet mod at blive iltet, når de afkøles med luft i det sekundære kølekammer 6. Luften i det sekundære kølekammer 6, som bliver opvarmet af klinkepartiklerne, føres bort gennem afgangsrøret 17 ind i brændingsovnen 1 som forbrændingsluft. Luften, der føres 35 bort gennem afgangsrøret 18, føres til calcineringsovnen 9

DK 165683 B

(ikke vist) som forbrændingsluft.

Som beskrevet ovenfor brændes klinkepartikler ifølge nærværende opfindelse i en brændingsovn 1 med fluidiseret for-5 brændingszone og ikke i en roterovn, så hvide cementkiinke-partikler i ensartet partikelstørrelse kan opnås. Det vil sige, at relativt fine klinkepartikler, hvis størrelsesfordelingsspektrum er yderst smalt, kan opnås. Yderligere ifølge nærværende opfindelse reduceres klinkepartiklerne af 10 den reducerende gas, og afkøles derefter først ved indsprøjtet vand og så af luft. Det vil sige, at klinkepartiklerne ikke neddykkes i vand. Mere specifikt, ifølge nærværende opfindelse indsprøjtes vandet i det primære kølekammer 1, så klinkepartiklerne først afkøles til 600-700° 15 C, og følgelig frembringes øjeblikkelig damp, som fylder det primære kølekammer 4. Som følge heraf afkøles klinkepartiklerne hurtigt, medens de er isoleret fra den omgivende atmosfære, så de forhindres i at blive iltet. Som følge heraf bliver de ensartet afkølet og har en større grad af 20 hvidhed. Tillige hermed kan den anvendte vandmængde formindskes. Efter at klinkerne er blevet afkølet til 600-700° C i det primære kølekammer 4, føres de ind i det sekundære kølekammer 6 og afkøles med luft, så de er forhindret i at blive iltet i det sekundære kølekammer 6. Yderligere kan 25 luften, der opvarmes på grund af varmeudvekslingen med klinkepartiklerne, bruges som forbrændingsluft, så varme-indholdet i klinkepartiklerne kan udnyttes effektivt.

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af hvide cementklinker, kendetegnet ved at bestå af følgende faser, at 5 indføre råmaterialepartikler til hvid cement i en brændingsovn med fluidiseret forbrændingszone og brænde dem til klinkepartikler, at reducere de brændte klinkepartikler i et reduktionskammer med reducerende gas, at indføre de nævnte således reducerede klinkepartikler i et primært kø-10 lekammer, så de afkøles til 600-700° C, medens de er isoleret fra den omgivende atmosfære, og at indføre de således afkølede klinker i et sekundært kølekammer for at afkøle dem yderligere med luft.

2. Apparat til brug ved udøvelse af den i krav 1 angivne fremgangsmåde til fremstilling af hvide cementklinker, hvilket apparat er kendetegnet ved at bestå af en brændingsovn (1) med fluidiseret forbrændingszone til at brænde råmaterialepartikler til hvid cement til klinkepar-20 tikler, et reduktionskammer (2) under nævnte brændingsovn (1) til at reducere klinkepartiklerne fra brændingsovnen (1), et stråleinjektionsrør (3) som forbindelse mellem toppen af nævnte reduktionskammer (2) og bunden af brændingsovnen (1), et primært kølekammer (4) forbundet med reduk-25 tionskammeret (2) til afkøling af klinkepartiklerne fra dette reduktionskammer (2) ved sprøjtning af vand, og et sekundært kølekammer (6) forbundet med det primære kølekammer (4) gennem midler til indføring af en forudbestemt mængde klinkepartikler, for yderligere afkøling af de afkø-30 lede klinkepartikler fra det primære kølekammer (4) med luft.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at apparatet har en brænder (11), som er indrettet til at kun-35 ne indsprøjte brændstof i reduktionskammeret (2), samt en DK 165683 B n biasser (12) til at indblæse luft i reduktionskammeret (2) i en sådan mængde, at det af brænderen (11) afgivne brændstof brændes ufuldstændigt.

4. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at en ovn, der kan frembringe reducerende gas, er anbragt separat, så reducerende gas frembragt i denne ovn, kan blæses ind i det nævnte reduktionskammer (2).